电动车的未来真的会被“钴”卡住脖子吗？

塔夫茨大学的教授迈克尔·齐默曼满怀希望地在离波士顿一小时车程的工业园实验室测试一种新材料。他希望这种诞生于地下的新材料能够解决电动汽车行业面临的危机。现在，整个行业的未来都寄托在世界上最贫穷、最不稳定的国家——刚果**身上。

电动汽车制造商的焦虑和依赖

除了平时教学生之外，齐默曼还创办了一家初创公司——离子材料公司，其电池材料可能有助于汽车行业摆脱一台有百年历史的内燃机，尽快完成电气化。

说到这，我们必须提到钴，一种银灰色金属，它是制造电池的必要材料。然而，地球钴储量的60%分布在刚果**。齐默曼希望改变这种状况，并使用新技术创造出新一代不含钴的电池。

现在，离子材料已经是一家热门公司。它的投资者名单不仅包括著名的计算机科学家比尔·乔伊，还包括雷诺-日产-三菱联盟、现代汽车和法国石油巨头道达尔。

“世界需要电动汽车。”齐默曼说。“我从未见过任何一个拥有巨大销量的行业经历从下到上的重大创新，并完全转向新技术领域。除了公司自身的内生动力，*也成为了重要的驱动力。”

爱奥尼亚的黄金车主名单也反映了汽车制造商对现有电池技术及其对刚果**的依赖的焦虑。

目前，钴的供应由几家矿业公司控制，包括瑞士巨头嘉能可。*组织说，除了这些“先进的生产能力”，许多钴是由刚果人手工挖掘的，童工问题在该国根本被忽视了。

换句话说，这种带来新希望的技术现在严重依赖于旧的工业形式，以及这种顶部和底部之间的脱节，这真的令人惊讶。

钴对电池有多重要？

在许多专家看来，电池将成为本世纪能源工业的新霸主，就像过去的石油一样。

在未来，除了驾驶我们的iPhone和笔记本电脑，电池也将带我们环游世界。没有足够强大的电池，这个世界就无法摆脱“对化石燃料的依赖”，减缓气候变化也就成了空谈。

然而，电池的生产过程相当复杂，需要精确的化学反应来实现性能要求。与此同时，用户的期望也在不断提高，电池必须在充电速度、耐久性和安全性方面不断提高。对于生活在极寒或极热地区的一些人来说，电池在极端环境中的性能也非常重要。

如果电池技术不改变，未来十年钴的需求将至少翻一番，其中70%将从刚果**购买。佐治亚理工学院材料与工程学院的格雷布·尤辛教授直接指出，除非在电池技术方面取得重大突破，否则电动汽车市场的所谓爆炸性增长很难实现。

"如果刚果**没有钴，就不会有电动汽车工业."卡斯帕·罗尔斯说他是基准矿物智能公司的市场研究员。“如果刚果**的局势不稳定，电动汽车市场的爆炸将是一句空话。”

从五六年前开始，齐默曼就一直在考虑电池，当时电动汽车还在市场上，声音很小，而特斯拉刚刚开始流行。在那些日子里，钴，一种特殊的金属，通常只用于飞机引擎和智能手机。

随着各国环保法规的逐步收紧，电动汽车开始普及。2010年，仅售出6000辆纯电动混合动力车。去年，这一数字飙升至100万辆，但仍仅占全球汽车销量的1%。

麦肯锡认为，到2030年，全球将生产和销售3.4亿辆电动汽车(包括乘用车、卡车和客车)。

如此巨大的市场也使得电池工厂遍地开花。根据基准矿物智能公司的数据，特斯拉超级工厂的电池容量在过去八年中增加了十倍，每年生产410亿瓦时的电池。换句话说，电池将成为“21世纪的油桶”。

尽管业界期待着新电池技术的诞生，但传统锂离子电池的成就却无法抹去。电池于20世纪80年代诞生于牛津大学。发明它的美国教授约翰·古德伊尔已经96岁了。不

不用说，锂离子电池是20世纪科技的巅峰。它是便携式电子设备大规模普及的基础，因此它自然成为电动汽车的标准。

然而，自1991年索尼成功帮助锂离子电池登陆以来，这项技术并没有得到很大的改进。齐默曼认为，现在驱动所有人类生活的锂电池已经达到了极限。“谁不想让手机待机时间更长，而且没有爆炸的危险？”他说。“在我看来，锂离子电池已经走到了死胡同。在目前的技术条件下，几乎没有改进的余地。”

电池组主要由四部分组成:正极和负极、液体电解质和隔板。

正极包裹在经过仔细处理的金属氧化物浆料中，主要使用锂、钴、镍和锰。当电池放电时，锂离子会流向正极，产生电流。当电池充电时，锂离子返回到通常由石墨制成的负极。

如果没有钴呢？后果很严重。

钴的存在可以防止电池过热。同时，它也是电池稳定性的支柱。没有钴，电池在许多年内都不能安全地充放电。当然，它也是电池中使用的最昂贵的金属材料。电动汽车的价格多年来没有因为钴而下降。

伦敦经济和投资银行Liberum的分析师指出，钴在一公斤电池正极材料中的价值是12美元，而锂，电池的“命名”材料，实际上只值8美元，而镍，另一种材料，只有5美元。

电池中使用的金属占总成本的四分之一。尽管在爱达荷州、阿拉斯加州和澳大利亚发现了新的钴矿，但它们要到2020年才能投入生产。

使用更少的钴还是完全消除钴？

因此，材料科学家齐默曼将注意力转向了相对不太发达的领域——电解质，尽管在传统锂电池中，电解质是火灾的主要元凶。

在他看来，如果现在使用的液体电解质被固体电解质取代，电池的安全性将大大提高，重量也将减轻(目前的电动汽车甚至必须携带600公斤的电池组“才能在重载下前进”)。最重要的是，这可以减少钴的使用量，甚至从工艺过程中完全去除这种金属。

英国著名科学家迈克尔·法拉第实际上在19世纪30年代发现了世界上第一个导电固体，但它在电池中(在室温下)永远无法正常工作。

齐默曼为开发一种聚合物材料以填补导电固体留下的位置进行了不懈的努力。

"它实际上看起来像一卷普通的塑料，上面有洞."一直在寻找固态电池解决方案的乔伊说。“然而，这确实是一项新技术，每个人都期待已久，而且切实可行。”

根据咨询公司Wood Mackenzie的数据，丰田、梅赛德斯-奔驰等汽车巨头和戴森集团都在开发固态电池(Zimmerman也是一种固态电池)，今年上半年在该领域的总投资为4亿美元。Wood Mackenzie认为，到2030年，固态电池将成为电动汽车行业的主流，但这项技术可能要到2025年才会真正普及。

"纯固态电池的商业应用仍然面临许多挑战。"牛津大学材料教授彼得·布鲁斯解释道。"幸运的是，这些问题正在一点一点地得到解决."

爱奥尼亚是一系列希望在电池技术上取得重大突破的初创企业之一，但要在电池行业脱颖而出并不容易。匹兹堡的盐水电池公司Aquion Energy破产了，去年3月才得到比尔·盖茨的投资。

与此同时，电池公司也在努力减少钴的使用量。松下汽车业务主管伊藤善雄(Yoshio Ito)上月在东京接受采访时表示，该公司承诺在未来2-3年内减少特斯拉电池中使用的钴量。特斯拉还表示，“该公司希望在不久的将来实现零钴消耗的目标。”

大多数汽车制造商也在采取行动。他们希望用更多的镍来代替钴，并将钴的含量减少四分之三。这些改进的锂电池将在未来几年逐渐进入市场。

卡内基梅隆大学的教授文卡特·维斯瓦纳坦说，液体电解质的极限还没有到来。除了爱奥尼亚的方法，许多电池制造商也在这条路上找到了实用的解决方案。

然而，即使找到了制造低钴电池的方法，对电动汽车需求的增加仍将抵消技术人员的努力，到2025年，对钴的需求预计将翻一番。"完全使用钴非常困难，但低剂量是可行的."维斯瓦纳坦说。

在齐默曼看来，所谓的低钴电池也有它自己的问题，因为它仍然有很高的火灾风险，并且必须与昂贵的监控技术一起使用。

他还发布了一个特殊的研究视频，其中一些钉子被插在低钴电池的阴极(仍然使用液体电解质)，然后电池开始冒烟并着火。电池着火后，也会释放有毒气体。如果你想扑灭它，你必须穿特殊的防毒服。“从根本上说，这是不安全的。”他说。

“钴很贵，而且大部分来自刚果**的血汗工厂，所以每个人都在努力减少钴的使用量。”齐默曼补充道。“然而，如果使用较少的钴，正电极的电压将会上升。现有技术中的液体电解质不能在如此高的电压下工作，而我们的聚合物材料可以。”

爱奥尼亚说，它的聚合物材料已经过测试，无论有没有钴都可以通过。他们正与其他制造商合作，试图尽快将这项技术应用到地面上。如果成功，这种材料可以纳入电池供应链，并在几年内成为电动汽车的标准。

比尔·乔伊是互联网的创始人，他为互联网的诞生做出了巨大贡献，并创建了太阳微系统公司，他认为这些技术对于解决气候变化也非常重要。当前的电池材料组合“确实达到了极限”

“索尼在锂电池的应用方面确实发挥了重要作用，但他们放弃了安全性、成本和钴，因为钴不够丰富，而且刚果**的钴不足以让世界通电。”乔伊说。